JPH11211568A

JPH11211568A - 光学測定方法、光学測定装置および画像形成装置

Info

Publication number: JPH11211568A
Application number: JP10016637A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hotta; 宏之堀田; Seigo Makita; 聖吾蒔田; Yoshihiko Sakai; 義彦酒井; Hisao Ito; 久夫伊藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】収差のある一般的なレンズを用いる場合に、
用紙などの測定対象物のレンズ光軸方向の変動に影響さ
れない高精度の測定を行うことができるようにする。【解決手段】光源４１からの光を紙面３７ａ上の特定
の反射領域４２に照射する。レンズ４３の後側焦点面４
３ｂから、距離ｄｘだけレンズ４３に近い位置の、レン
ズ４３の光軸４３ａに垂直な平面内に、光電変換素子４
４を設置し、紙面３７ａからの反射光（散乱光または拡
散光を含む）のうちの、所定の角度範囲内に反射する光
のみをすべて、レンズ４３を介して光電変換素子４４で
受光する。レンズ４３の光軸４３ａ上における、レンズ
４３の後側焦点面４３ｂとレンズ４３の面との間の距離
をｆｃとしたとき、距離ｄｘは、ｆｃ×０．１以上、ｆ
ｃ×０．４以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、カラー
プリンタなどの画像形成装置（画像出力装置）におい
て、出力されるプリント画像の画質を高精度で測定する
ことができる光学測定方法および光学測定装置に関す
る。また、この光学測定装置を内蔵し、その測定結果を
フィードバックして画質制御を行うことができる画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを中心としたネットワーク
技術の進展により、画像出力装置としてのプリンタをネ
ットワークに接続するネットワークプリンタが急速に普
及している。特に、出力する画像のカラー化に伴い、近
年、カラープリンタの開発が盛んになっており、カラー
画質の安定性の向上、複数のカラープリンタ間における
カラー画質の均一化などの要求が高まってきている。

【０００３】この要求のため、出力された画像の画質、
特にカラー画像の場合には色差を測定して、その測定結
果を画像形成の各工程にフィードバックする必要性が高
まっており、特に、プリンタに測定装置を内蔵させて、
出力された画像の画質をオンラインでモニターし、その
測定結果をフィードバックする技術が重要視されてきて
いる。そのため、プリンタに内蔵する、この種の測定装
置として、小型であるが高精度で、低コストの測定装置
が要求されている。

【０００４】オフラインにより、用紙などの画像形成媒
体を固定した状態で、画質を測定する装置としては、高
精度の測定が可能な、Ｘ−riteと呼ばれている測色装置
が広く使用されている。

【０００５】しかし、オンラインの測色装置としては、
上記のＸ−riteのような高精度のものは、現在のとこ
ろ、実用化されていない。これは、オンラインでの測色
では、測定対象物である画像形成媒体としての用紙の紙
面の、搬送系による上下変動、すなわち用紙の進行方向
に垂直な方向の変動が問題となり、正確な測定ができな
いためである。

【０００６】すなわち、上記のＸ−riteなどで用いられ
ている、光源、レンズおよび受光素子（光電変換素子）
を組み合わせた光学系を用いて、上下変動する紙面を測
定する場合には、例えば、紙面が上下に１ｍｍ程度変動
すると、紙面で反射および散乱して受光素子に受光され
る光量が変動するため、受光素子の出力は１５％程度変
化し、受光素子の出力に大きな誤差を生じて、正確な色
測定をすることができない。

【０００７】このような紙面の上下変動を補正して測色
をする、オンライン用の測色装置も提案されている。こ
の装置は、図２４に示すように、特性測定ユニット１、
距離測定ユニット２および距離補正計算ユニット３によ
って構成される。

【０００８】特性測定ユニット１は、測定対象物である
用紙４が矢印方向に搬送される際に、測色センサによっ
て、用紙４上に形成されているカラー画像を測色し、そ
の測色出力を距離補正計算ユニット３に供給する。

【０００９】距離測定ユニット２は、用紙４の搬送方向
において特性測定ユニット１より手前の位置に設けら
れ、距離検出センサによって、その位置における用紙４
の上下変動を測定し、その測定出力を距離補正計算ユニ
ット３に供給する。特性測定ユニット１と距離測定ユニ
ット２との用紙搬送方向の距離Ｄは、例えば７０ｍｍと
される。

【００１０】距離補正計算ユニット３は、特性測定ユニ
ット１からの測色出力を、距離測定ユニット２からの用
紙４の上下変動の測定出力を用いて補正して、用紙４の
上下変動の影響を除去し、その補正後の測色出力を測定
結果として出力する。

【００１１】一方、特開昭６３−１６２４７号公報に
は、測定結果が一定の範囲内であれば測定装置から試料
（測定対象物）までの距離に実質的に影響されないとさ
れる拡散反射率測定装置が示されている。この装置は、
被測定面上における照明光の強度を均一にすることによ
って、その目的を達成しようとするもので、その概略構
成を図２５に示す。

【００１２】図２５に示すように、この装置は、光源と
して点光源１１を用いるとともに、この点光源１１を集
光レンズ１２の焦点位置に配置する。これによって、点
光源１１から発した光は、集光レンズ１２により平行光
となり、矢印１０ａの方向に搬送される用紙の紙面１０
ｂに入射する。このとき、紙面１０ｂ上の光照明範囲Ｗ
を測定範囲ｍより大きくする。そして、紙面１０ｂ上
の、この測定範囲ｍからの反射光をレンズ１３を介して
光ファイバ１４の端面１４ａで受光する。

【００１３】この公報に記載された方法は、紙面１０ｂ
に対して平行光を入射させることによって、光照明範囲
Ｗより小さい測定範囲ｍでは、照明強度を、紙面１０ｂ
と点光源１１および光ファイバ端面１４ａとの間の距離
に無関係に、ほぼ一定に維持できるようにするものであ
る。そして、照明強度を一定に維持できることにより、
紙面１０ｂが上下方向に一定範囲Δｄ内で変動しても、
測定結果を、紙面１０ｂと光ファイバ端面１４ａとの間
の距離に実質的に影響されないようにすることができ
る、というものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２４
の測定装置では、特性測定ユニット１と距離測定ユニッ
ト２とを、用紙搬送方向に距離Ｄだけ離さなければなら
ないため、各測定対象箇所についての測色と距離測定と
を同時に行うことができず、高精度の補正を行うことは
困難であって、測色出力の高精度化に対して大きな制約
となる。

【００１５】また、構成的にも、特性測定ユニット１と
距離測定ユニット２とが必要になるとともに、補正計算
が必須となるため、装置が大掛かりとなり、価格も高価
になる欠点がある。

【００１６】また、図２５に示した特開昭６３−１６２
４７号公報の方法は、光源として点光源１１を用い、集
光レンズ１２により平行光とすることによって、紙面１
０ｂ上の測定範囲ｍにおける照明強度をほぼ一定に維持
し、これにより紙面１０ｂの上下変動に影響されない測
定結果を得るようにしているが、元来、完全な点光源は
存在しないため、点光源１１を集光レンズ１２の焦点位
置に配置しても、光量が均一な照明とはならず、また平
行光にもならない。そのため、実際には、紙面１０ｂの
上下変動によって紙面１０ｂ上の照明強度は変化してし
まう。

【００１７】さらに、受光系は、紙面１０ｂからの反射
光がレンズ１３を介して光ファイバ端面１４ａ上で結像
する構成であるため、紙面１０ｂが上下に変動して反射
点の位置がずれると、結像点も光ファイバ端面１４ａか
らずれてしい、結局、この公報の方法では、紙面１０ｂ
の上下変動の影響のない測定結果を得ることは困難であ
る。

【００１８】以上のような方法のほかに、紙面の上下変
動を抑える一般的な対策として、ローラなどにより用紙
を押さえ付ける方法も考えられる。しかしながら、紙面
上に形成されたトナー画像などの画像の剥離やずれを防
止しなければならないために、強く押さえることには限
界があり、また、仮に強く押さえることができるとして
も、用紙の上下変動量をゼロにすることは不可能で、少
なくとも数１００μｍ程度の変動は残る。そのため、受
光素子の出力が変化し、高精度の測定出力を得ることは
できない。

【００１９】そこで、発明者は先に、用紙などの測定対
象物の被測定面の変動に影響されない高精度の測定を行
うことができるとともに、測定装置を小型かつ安価に構
成できる測定方法を発明し、特願平９−１９８３７３号
および特願平９−１９９０１０号によって提案した。以
下、前者の出願を先願１、後者の出願を先願２、両者を
総称して先願、と称する。

【００２０】先願１の発明は、互いに相対位置が一定と
なるように設置した光源、レンズおよび光電変換素子を
用い、光源からの光を測定対象物に照射し、測定対象物
からの反射光をレンズを介して光電変換素子で受光し、
光電変換素子の受光出力から、測定対象物に関する特性
を測定する方法において、特に、レンズの後側焦点面
（光電変換素子側の焦点面）に、レンズを通過した測定
対象物からの反射光（散乱光や拡散光を含む）のうちの
任意の一部の領域である特定領域を設定して、測定対象
物から、この特定領域に対応する角度範囲内に反射する
光のみをすべて光電変換素子で受光し、この光電変換素
子が受光した総光量を光電変換素子の出力とするもので
ある。

【００２１】先願２の発明は、この場合に特に、複数の
光源を設けて、それぞれの光源からの光を測定対象物上
の対応する照射領域に照射するものである。

【００２２】先願の発明によれば、測定対象物の被測定
面、例えば用紙の紙面の、レンズ光軸方向の変動に影響
されない高精度の測定を行うことができることを、図２
１〜図２３を用いて示す。ただし、以下においては、レ
ンズとして収差のない理想的なレンズを考える。

【００２３】図２１は、被測定面である紙面で反射した
光が、レンズを通ってレンズの後側焦点面に設置された
光電変換素子に入射する状態を示し、レンズは、上記の
ように収差がなく、厚みがゼロ、幅が無限、と仮定す
る。

【００２４】点Ｏはレンズの中心、軸４３ａはレンズの
光軸、面４３ｃはレンズの位置を、それぞれ示す。紙面
２０１，２０２は、変動する紙面位置を示し、結像面３
０１，３０２は、その変動する紙面位置２０１，２０２
に対応する結像面位置を示す。点Ｆａは、レンズの前側
焦点（紙面側の焦点）、点Ｆｂは、レンズの後側焦点
（光電変換素子側の焦点）、距離ｆａは、紙面側にみた
レンズの焦点距離、距離ｆｂは、光電変換素子側にみた
レンズの焦点距離、点Ｃは、光電変換素子の受光領域の
端、距離ｒは、その受光領域の端Ｃとレンズの後側焦点
Ｆｂとの間の距離である。

【００２５】ここで、光軸４３ａの方向に異なる紙面位
置２０１，２０２上の反射点Ａ１，Ａ２で反射して、レ
ンズを通って結像面位置３０１，３０２上の結像点Ｂ
１，Ｂ２で結像する光を考えるとき、この光が光電変換
素子の受光領域の端Ｃを通るときの、反射点Ａ１，Ａ２
での反射角度（光軸４３ａの方向に対する角度）をｓ
１，ｓ２とする。

【００２６】また、紙面位置２０１，２０２とレンズと
の間の距離をａ１，ａ２、後側焦点面４３ｂと結像面位
置３０１，３０２との間の距離をｂ１，ｂ２、反射点Ａ
１，Ａ２からの反射光のうちの光軸４３ａに平行な光が
レンズ面を通過する点をＬ１，Ｌ２とする。そして、反
射点Ａ１，Ａ２で反射して、光電変換素子の受光領域の
端Ｃを通って結像点Ｂ１，Ｂ２に結像する光がレンズ面
を通過する点をＭ１，Ｍ２とする。さらに、点Ｌ１，Ｍ
１間の距離をｄ１、点Ｌ２，Ｍ２間の距離をｄ２とす
る。

【００２７】この結像系におけるニュートンの式から、（ａ１−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ１ …（１）（ａ２−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ２ …（２）が成り立つ。また、３角形Ｂ１Ｌ１Ｍ１と３角形Ｂ１Ｆ
ｂＣの相似、および３角形Ｂ２Ｌ２Ｍ２と３角形Ｂ２Ｆ
ｂＣの相似から、ｒ／ｂ１＝ｄ１／（ｂ１＋ｆｂ） …（３）ｒ／ｂ２＝ｄ２／（ｂ２＋ｆｂ） …（４）が成り立つ。

【００２８】さらに、３角形Ａ１Ｌ１Ｍ１および３角形
Ａ２Ｌ２Ｍ２において、角度ｓ１およびｓ２を用いて、ｄ１＝ａ１・ｔａｎ（ｓ１） …（５）ｄ２＝ａ２・ｔａｎ（ｓ２） …（６）が成り立つ。

【００２９】この式（５）（６）を、それぞれ式（３）
（４）に代入すると、ａ１＝（ｂ１＋ｆｂ）ｒ／（ｂ１・ｔａｎ（ｓ１）） …（７）ａ２＝（ｂ２＋ｆｂ）ｒ／（ｂ２・ｔａｎ（ｓ２）） …（８）が得られ、さらに、この式（７）（８）を、それぞれ式
（１）（２）に代入すると、ｒ／ｔａｎ（ｓ１）＝ｆａ …（９）ｒ／ｔａｎ（ｓ２）＝ｆａ …（１０）が得られる。

【００３０】そして、この式（９）（１０）から、ｓ１＝ｓ２ …（１１）が導き出される。

【００３１】このことを一般化すると、光軸４３ａの方
向に変動する紙面の、紙面位置２０１，２０２などのそ
れぞれの紙面位置２０ｉ（ｉは１，２，３…）上の、反
射点Ａ１，Ａ２などのそれぞれの反射点Ａｉで反射し
て、レンズを通って結像面位置３０１，３０２などのそ
れぞれの結像面位置３０ｉ上の、結像点Ｂ１，Ｂ２など
のそれぞれの結像点Ｂｉで結像する光を考えるとき、こ
の光が光電変換素子の受光領域の端Ｃを通るときの、反
射点Ａｉでの反射角度をｓｉとすると、他のパラメータ
に関係なく、反射角度ｓｉが常に一定となる。

【００３２】すなわち、紙面の変動に伴つて、紙面上の
反射領域が移動し、反射点Ａｉが移動しても、反射角度
ｓｉは常に一定である。反射（上記のように散乱や拡散
を含む）が理想的に生じているとすれば、反射点Ａｉの
状態が同一のとき、この反射角度ｓｉ内に含まれる光線
数は一定であると考えられるので、光電変換素子の受光
領域中のＦｂ−Ｃ間に入射する光量は、紙面−レンズ間
の距離ａに依存しないで、反射点Ａｉの状態に応じた正
確な光量となる。

【００３３】したがって、紙面上の特定の領域から反射
して光電変換素子に入射する光は、紙面と光電変換素子
との間の距離に依存せず、その領域の状態に応じたもの
となる。

【００３４】なお、図２１では各線分を平面上で表現し
ているが、実際の光学系は、レンズの光軸４３ａを中心
とした回転体として考えることができる。すなわち、光
電変換素子の受光領域のＦｂ−Ｃ間の長さｒは、レンズ
の光軸４３ａを中心とした円の半径のように一定である
必要はなく、光電変換素子の受光領域は、円形や四角形
など、任意の形状にすることができる。

【００３５】また、光電変換素子は、レンズの光軸４３
ａの位置を、その中心位置とする必要はなく、また、測
定対象物からの光がレンズを通って入射する後側焦点面
４３ｂ内であれば、レンズの光軸４３ａを含まない位置
に設置することも可能である。

【００３６】以上のように、先願の発明によれば、測定
対象物上の点から特定の角度範囲内に反射した光のみ
を、レンズの後側焦点面に設定した特定領域において、
光電変換素子により受光することによって、測定対象物
の上下変動にかかわらず常に、測定対象物上の反射領域
の反射率、濃度、色などの特性を正確に測定することが
可能となる。

【００３７】図２１ではレンズ幅を無限大と仮定した
が、実際にはレンズ幅は有限である。そのため、光源か
らの光は、レンズ幅との関係で、以下のような制限条件
を満たす反射領域内に照射する必要がある。

【００３８】図２２に示すように、紙面３７ａ上の反射
領域４２内の各点で反射して光電変換素子４４に入射す
る光は、上記の式（５）（６）に従って、各点から光軸
４３ａに平行な方向の両側のそれぞれ角度ｓの範囲内
に、すなわちｓ×２の角度範囲内に反射して、レンズ上
ではｄ×２の幅に広がることになる。

【００３９】図２２から明らかなように、反射領域４２
の端ｔｌ，ｔｒで反射した光が、レンズ幅ｕ内を通過し
て光電変換素子４４に入射するには、ｕ≧ｔ＋２・ｄ …（１２）の条件を満足する必要がある。

【００４０】ここで、ｄ＝ａ・ｔａｎ（ｓ） …（１３）であり、上記の式（９）（１０）から、ｔａｎ（ｓ）＝ｒ／ｆａ …（１４）であるので、式（１２）は、ｕ≧ｔ＋２・ａ・ｒ／ｆａ …（１５）となる。

【００４１】レンズ幅ｕ、光電変換素子４４の幅２ｒ、
および焦点距離ｆａ（＝ｆｂ）は、固定された値である
ので、紙面３７ａへの光の照射と紙面３７ａでの光の反
射に関わる、反射領域４２の幅ｔ、およびレンズと紙面
３７ａとの間の距離ａが、式（１５）の制限条件を満た
す範囲内であれば、光電変換素子４４に入射すべき光
で、レンズを通らないものは、存在しないことになる。

【００４２】したがって、式（１５）の制限条件を満た
す反射領域４２内に照射されて、ｓ×２の角度範囲内に
反射した光は、すべてレンズを通って光電変換素子４４
に入射することになり、紙面３７ａの上下変動にかかわ
らず、原理的に出力変化がゼロとなる、非常に高精度の
測定が可能となる。

【００４３】この場合、図２３に示すように、紙面３７
ａが上下に変動しても、光源４１による紙面３７ａ上の
照射領域Ｔが、常に上記の反射領域４２内となるよう
に、照射領域Ｔを設定する。したがって、紙面３７ａの
上下変動があっても、それに影響されずに、紙面３７ａ
からの反射光をレンズを介して光電変換素子４４で受光
することができる。

【００４４】なお、図２２および図２３では、反射領域
４２および光電変換素子４４を、それぞれ光軸４３ａの
両側において同じ長さにしたが、光軸４３ａの両側にお
いて異なる長さにしてもよい。その場合には、反射領域
４２内の各点から光電変換素子４４に入射する光の角度
範囲は、光軸４３ａに平行な方向の両側で異なる角度範
囲となる。

【００４５】また、上述したように、光電変換素子４４
の設置位置は、レンズの後側焦点面４３ｂ内であれば、
レンズの光軸４３ａを含む位置でなくてもよい。その場
合には、図２２および図２３において、反射領域４２内
の各点から光電変換素子４４に入射する光の角度範囲
は、光軸４３ａに平行な方向の片側のみになる。

【００４６】さらに、上述したように、実際の光学系
は、レンズの光軸４３ａを中心とした回転体として考え
ることができるので、光軸４３ａから光電変換素子４４
の端までの距離は一定である必要はなく、光電変換素子
４４の形状は、円形や四角形など、任意の形状にするこ
とができる。このとき、一般的に、ｕ／２≧ｔ／２＋ａ・ｒ／ｆａ …（１６）が成り立つ。

【００４７】このように、先願の発明における制限条件
は、レンズおよび光電変換素子４４のスペックに依存し
た反射領域４２の設定であり、これ以外の条件、例え
ば、光源４１からの光が拡散光であるか平行光である
か、光量の分布が均一であるか否か、などの特性の影響
を受けない。

【００４８】なお、上述したようにレンズの後側焦点面
に設定した特定領域に直接、光電変換素子を配置する代
わりに、後側焦点面に設定した特定領域を開口部とし
て、この開口部を通過する光のみをすべて、開口部より
後方側に配置した光電変換素子で受光し、または、後側
焦点面に設定した特定領域に集光レンズを配置して、こ
の集光レンズで集光される光のみをすべて、集光レンズ
より後方側に配置した光電変換素子で受光するようにし
ても、後側焦点面に設定した特定領域に直接、光電変換
素子を配置する場合と同様に、測定対象物の上下変動に
影響されない高精度の測定を行うことができる。

【００４９】上述した先願の発明は、収差のない理想的
なレンズ、またはこれに近いレンズを用いることを想定
して、レンズの後側焦点面に特定領域を設定し、測定対
象物で反射した光のうちの、その特定領域により定まる
特定の角度範囲内に入る光のみをすべて、その特定領域
を通過させて光電変換素子で受光することによって、測
定対象物のレンズ光軸方向の変動に影響されない受光出
力が得られるものである。

【００５０】しかし、このような収差のない理想的なレ
ンズ、またはこれに近いレンズは、設計が難しく、コス
トも高くなる。そこで、収差のある、設計が容易で、コ
ストも安い、一般的なレンズを用いることが考えられ
る。しかしながら、このような収差のある一般的なレン
ズを用いて、そのレンズの後側焦点面に上述したような
特定領域を設定した場合には、測定対象物がレンズ光軸
方向に変動したときの出力変化が大きくなってしまう。

【００５１】図４および図５は、これを示したものであ
る。図４は、収差のない理想的なレンズを用いて、その
後側焦点面に特定領域を設定した場合における、被測定
面としての紙面とレンズとの間の距離ａに対する光電変
換素子の出力Ｖを示し、この場合には、式（１６）の制
限条件の範囲を超える領域で出力Ｖが減少するものの、
距離ａの広い範囲に渡って出力Ｖが一定となる。

【００５２】これに対して、図５は、収差のある一般的
なレンズを用いて、その後側焦点面に特定領域を設定し
た場合における、紙面とレンズとの間の距離ａに対する
光電変換素子の出力Ｖを示し、この場合には、距離ａに
対する出力Ｖの特性は、全体として２つの凸部を形成す
るようになって、出力Ｖの変化ΔＶが０．１％未満とな
る距離ａの範囲は、収差のない理想的なレンズを用いる
場合に比べて、著しく小さくなる。

【００５３】これは、主としてレンズの球面収差によっ
て、収差のない理想的なレンズを用いる場合に比べて、
レンズを通過する光が、レンズの光軸に対して、より大
きな角度で屈折し、特にレンズの外側を通る光ほど、そ
の傾向が顕著になるためで、特に球面のレンズを用いた
場合に明確に現れる。しかし、非球面のレンズを用いた
場合でも、球面収差が幾分存在し、かつ他の収差が大き
く存在するために、同様に、出力Ｖが一定となる距離ａ
の範囲が小さくなる。

【００５４】そこで、この発明は、収差のある一般的な
レンズを用いた場合において、測定対象物の変動に影響
されない高精度の測定を行うことができ、これによって
測定装置をより安価に構成できるようにしたものであ
る。

【００５５】

【課題を解決するための手段】この発明の光学測定方法
は、互いに相対位置が一定となるように設置した光源、
レンズおよび光電変換素子を用い、前記光源からの光を
測定対象物に照射し、この測定対象物からの反射光を前
記レンズを介して前記光電変換素子で受光し、この光電
変換素子の受光出力から、前記測定対象物に関する特性
を測定する方法において、特に、前記レンズの光軸上に
おける、前記レンズの前記光電変換素子側の焦点面と前
記レンズ面との間の距離をｆｃとしたとき、前記レンズ
の光軸上において、前記焦点面から前記レンズに向け
て、ｆｃ×０．１以上、ｆｃ×０．４以下の範囲内の位
置の、前記レンズの光軸に垂直な平面内における、前記
レンズの正射影の範囲内に、前記測定対象物で反射して
前記レンズを通過した光のうちの任意の一部の領域であ
る特定領域を設定して、この特定領域を通過する光のみ
をすべて前記光電変換素子で受光し、この光電変換素子
が受光した総光量を、この光電変換素子の出力とする。

【００５６】この場合、前記レンズは、球面を用いたレ
ンズとすることができる。

【００５７】また、この場合、前記光電変換素子は、前
記特定領域の位置に配置して、前記特定領域の面積を受
光面積とするものとし、または、前記特定領域を開口部
として、前記光電変換素子は、この開口部を通過する光
のみをすべて受光するものとし、もしくは、前記特定領
域の位置に、この特定領域を通過する光のみをすべて前
記光電変換素子に入射させる集光レンズを配置すること
ができる。

【００５８】なお、この発明でいう「反射」は、正反射
だけでなく、散乱や拡散を含むものである。

【００５９】

【作用】収差のある一般的なレンズを用いた場合には、
上述したように、レンズを通過する光、特にレンズの外
側を通る光が、レンズの光軸に対して大きな角度で屈折
することによって、レンズを通過した光は、レンズの後
側焦点面（光電変換素子側の焦点面）よりレンズに近い
位置に集光し、実質的な後側焦点面が、よりレンズに近
い位置に存在するようになる。そこで、発明者は、上述
した特定領域をレンズの後側焦点面よりレンズに近い位
置に設定することを考えた。

【００６０】図６は、収差のある一般的なレンズを用い
て、その後側焦点面よりレンズに近い位置に特定領域を
設定した場合における、被測定面としての紙面とレンズ
との間の距離ａに対する光電変換素子の出力Ｖを示し、
この場合には、図５に示した２つの凸部のうちの、距離
ａが大きい側の一つが平坦になって、距離ａの広い範囲
に渡って出力Ｖが一定となる。具体的に、出力Ｖの変化
ΔＶが０．１％未満となる距離ａの範囲は、１ｍｍを超
えるようになる。

【００６１】しかし、さらにレンズに近い位置に特定領
域を設定した場合には、図７に示すように、紙面とレン
ズとの間の距離ａが大きくなるに従って、光電変換素子
の出力Ｖが小さくなり、出力Ｖが一定となる距離ａの範
囲は、図５に示したレンズの後側焦点面に特定領域を設
定する場合よりも、かえって小さくなる。

【００６２】図８は、以上の結果を示したもので、収差
のある一般的なレンズとして、直径１５ｍｍ、焦点距離
２０ｍｍの市販の球面レンズを用いた場合である。横軸
の、特定領域の位置は、レンズの後側焦点面に特定領域
を設定したときを０（ゼロ）、後側焦点面よりレンズに
近い位置に特定領域を設定したときをプラス、後側焦点
面よりレンズから遠い位置に特定領域を設定したときを
マイナスとしたもので、レンズの光軸上における、後側
焦点面とレンズ面との間の距離をｆｃとしている。縦軸
の紙面変動許容量Δａは、光電変換素子の出力の変化Δ
Ｖが０．１％未満となる距離ａの範囲である。

【００６３】これから明らかなように、レンズの後側焦
点面に特定領域を設定した場合には、受光出力の変化Δ
Ｖが０．１％未満となる距離ａの範囲Δａは、０．３ｍ
ｍ程度にしかならないが、後側焦点面より、ｆｃ×０．
１以上、ｆｃ×０．４以下の範囲内で、レンズに近い位
置に特定領域を設定した場合には、受光出力の変化ΔＶ
が０．１％未満となる距離ａの範囲Δａが、１ｍｍを超
えるようになる。

【００６４】また、ｆｃ×０．４を超えてレンズに近い
位置に特定領域を設定した場合には、特定領域がレンズ
に近くなるに従って急激に、受光出力が一定となる距離
ａの範囲が小さくなり、逆に後側焦点面よりレンズから
遠い位置に特定領域を設定した場合にも、受光出力が一
定となる距離ａの範囲が小さくなる。

【００６５】そのため、この発明では、上述したよう
に、レンズの光軸上において、後側焦点面からレンズに
向けて、ｆｃ×０．１以上、ｆｃ×０．４以下の範囲内
の位置の、レンズの光軸に垂直な平面内における、レン
ズの正射影の範囲内に、測定対象物で反射してレンズを
通過した光のうちの任意の一部の領域である特定領域を
設定して、この特定領域を通過する光のみをすべて光電
変換素子で受光し、この光電変換素子が受光した総光量
を、この光電変換素子の出力とするものである。

【００６６】したがって、この発明によれば、収差のあ
る一般的なレンズを用いた場合において、光電変換素子
の出力が一定となる、非測定面とレンズとの間の距離の
範囲が大きくなり、測定対象物の変動に影響されない高
精度の測定を行うことができる。また、収差のある一般
的なレンズを用いることができるので、測定装置をより
安価に構成することができる。

【００６７】この発明においても、より望ましくは、非
測定面上の反射領域は、式（１６）の制限条件を満たす
必要がある。ただし、この発明では、収差のある一般的
なレンズを用いることによって、収差のない理想的なレ
ンズを用いる場合と比べると、反射領域内で反射してレ
ンズを通過する光の角度が幾分変化するので、それに応
じて、式（１６）の制限条件を満たす反射領域も幾分変
化する。

【００６８】

【発明の実施の形態】以下に、まず、この発明の光学測
定方法ないし光学測定装置を用いる、この発明の画像形
成装置の実施形態を示し、次いで、この発明の光学測定
方法および光学測定装置の実施形態を示す。

【００６９】［画像形成装置の実施形態］図１９は、こ
の発明の画像形成装置の一例の要部を示す。この例の画
像形成装置は、電子写真方式によって用紙上に画像を形
成するものである。

【００７０】図では省略した画像入力部では、原槁上の
画像がスキャナにより読み取られて入力画像データが得
られ、または外部のコンピュータ上で生成された入力画
像データが装置内に取り込まれる。そして、同様に図で
は省略した画像処理部では、画像入力部からの入力画像
データに対して色変換や階調補正などの必要な処理がな
されて、画像出力部１００で出力すべき出力画像データ
が得られる。

【００７１】図では省略したスクリーンジェネレータに
より、画像処理部からの出力画像データが、その画素値
に応じてパルス幅が変調されたレーザ・オンオフ信号に
変換される。画像出力部１００では、そのレーザ・オン
オフ信号により、レーザ出力部３１のレーザダイオード
が駆動されて、レーザ出力部３１から、画像信号によっ
て変調されたレーザ光が得られ、そのレーザ光が、感光
体３２上に照射される。

【００７２】感光体３２は、スコロトロン帯電器３３に
より一様に帯電されて、レーザ光が照射されることによ
り、感光体３２上に静電潜像が形成され、その静電潜像
が形成された感光体３２に対して現像器３４の現像ロー
ルが当接することにより、その静電潜像がトナー像に現
像される。

【００７３】さらに、その感光体３２上のトナー像が、
転写器３５によって用紙３７上に転写され、その用紙３
７上のトナー像が、定着器３６によって定着される。感
光体３２は、トナー像が用紙３７上に転写された後、ク
リーナ３８によってクリーニングされて、１回の画像形
成過程が終了する。

【００７４】画像出力部１００では、画像形成装置の電
源投入時や、ユーザのマニュアル操作による装置のセッ
トアップ時に、バナーシートが出力される。ユーザのマ
ニュアル操作によるセットアップは、画像形成装置の図
では省略したユーザインタフェース上に設けられたモー
ド切換スイッチによって選択できるようにされ、このモ
ード切換スイッチによりマニュアルセットアップモード
が選択されると、ユーザが出力しようとした文書の出力
の直前にバナーシートが出力され、装置のセットアップ
が行われる。

【００７５】そして、画像出力部１００には、定着器３
６より後方の位置において、このバナーシート上に形成
された、画質制御用のパッチと呼ばれる基準パターンの
定着画像を測定する、上述した原理により後述するよう
な構成とされる、この発明の光学測定装置４０が設けら
れる。この光学測定装置４０では、用紙３７上に光を照
射し、その反射光を受光して、反射率を測定し、その測
定値に基づいて濃度や色などの測定結果の情報を得る。

【００７６】この光学測定装置４０での測定結果の情報
は、画像制御部５０に送られる。画像制御部５０は、光
学測定装置４０での測定結果をもとに、画像出力部１０
０のレーザ出力部３１、スコロトロン帯電器３３または
現像器３４などを制御して、出力画像の画質を制御す
る。

【００７７】図２０は、この例の画像形成装置の画像出
力部１００の画質制御を主体とした構成を示す。画像出
力部１００は、レーザ出力部３１からのレーザ光の光量
を制御するための光量コントローラ１０１、スコロトロ
ン帯電器３３のグリッド電源１０２、現像器３４へのト
ナー供給を制御するためのディスペンスモータ１０３な
どを有する。

【００７８】画像制御部５０は、光学測定装置４０での
測定結果に基づいて、すなわち基準パターンの定着画像
の濃度などの測定出力に基づいて、画像出力部１００の
操作量、この例では、スコロトロン帯電器３３のグリッ
ド電圧およびレーザ出力部３１のレーザ出力パワーを制
御して、出力画像の画質を制御する。さらに、画像制御
部５０は、光学測定装置４０での測定結果に基づいて、
ディスペンスモータ１０３を駆動して、現像器３４への
トナー補給量を制御し、現像濃度を制御して、出力画像
の画質を制御する。

【００７９】なお、画像制御部５０は、転写器３５や定
着器３６などにおける画質に関与するパラメータを制御
するように構成することもできる。

【００８０】以上のように、この例の画像形成装置で
は、光学測定装置４０での測定結果を画像制御部５０に
フィードバックし、画像制御部５０において、画像出力
部１００のレーザ出力部３１やスコロトロン帯電器３３
などの各部を制御して出力画像の画質を制御することが
できる。このとき、用紙３７は、その紙面が用紙搬送方
向と直交する上下方向に変動しながら移動するが、光学
測定装置４０では、この紙面の上下変動に影響されずに
高精度の測定が行われる。

【００８１】［光学測定方法および光学測定装置の実施
形態］図１および図２は、この発明の光学測定装置４０
の基本的構成を示し、図１は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく測定対象物である用紙３７の紙
面３７ａに照射する場合であり、図２は、光源４１から
の光をレンズ４３を介して紙面３７ａに照射する場合で
ある。

【００８２】この光学測定装置４０は、基本的には、紙
面３７ａ上の後述するように定められる反射領域４２内
に光を照射する光源４１と、この反射領域４２からの反
射光を集光するレンズ４３と、このレンズ４３に対して
以下のような位置に設置する、以下のような受光領域の
光電変換素子４４とによって構成する。

【００８３】光電変換素子４４は、レンズ４３の光軸４
３ａ上における、レンズ４３の後側焦点面４３ｂとレン
ズ４３の面との間の距離をｆｃとするとき、図３の塗り
潰し部分で示すような、光軸４３ａ上において、後側焦
点面４３ｂからレンズ４３に向けて、ｆｃ×０．１以
上、ｆｃ×０．４以下の範囲内の位置の、光軸４３ａに
垂直な平面内における、レンズ４３の正射影の範囲内
に、その受光領域を配置する。

【００８４】すなわち、後側焦点面４３ｂから、ｆｃ×０．１≦ｄｘ≦ｆｃ×０．４ …（１７）で表される距離ｄｘだけ、レンズ４３に近い位置の、光
軸４３ａに垂直な平面内に、特定領域を設定し、光電変
換素子４４を、その受光領域を、この特定領域に一致さ
せるように配置する。

【００８５】このように構成することによって、紙面３
７ａからの反射光のうちの、特定領域、すなわち光電変
換素子４４の受光領域により定まる特定の角度範囲内に
入る光のみがすべて、光電変換素子４４で受光される。

【００８６】紙面３７ａ上の反射領域４２は、式（１
６）の制限条件を満たすものとする。この場合、反射領
域４２内の、図２３に示したような照射領域Ｔは、上述
した画質制御用の基準パターンの単位パッチより小さく
する。照射領域Ｔが単位パッチより大きいときには、パ
ッチ周囲の白地部分からの反射光が測定結果に影響する
からである。

【００８７】図１のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介することなく紙面３７ａに照射する例で、光源
４１としてＬＥＤを用いて、これからの光をレンズ４３
の光軸４３ａに対して４５°の角度で紙面３７ａに入射
させ、レンズ４３として、直径（幅）１５ｍｍ、焦点距
離２０ｍｍの球面レンズを用い、光電変換素子４４とし
て、直径１．２ｍｍの受光領域を有するＰＩＮ−Ｓｉフ
ォトダイオードを用いて、その光電変換素子４４を、後
側焦点面４３ｂからｄｘ＝３．０ｍｍの距離の、光軸４
３ａに垂直な平面内に、その中心位置を光軸４３ａに一
致させて配置し、紙面３７ａの光軸４３ａの方向の変動
に対する光電変換素子４４の出力の変化を測定した。

【００８８】この場合、図９に示すように、紙面からの
平行光線Ｌがレンズ４３の外周部を通過した後に交わる
位置４４ａを求めて、その位置４４ａに光電変換素子の
受光領域を配置したもので、その位置４４ａがレンズ４
３の後側焦点面４３ｂから３．０ｍｍの距離となったも
のである。光電変換素子の受光領域の直径が１．２ｍｍ
程度である場合には、図２１〜図２３において示した反
射角度ｓが２°程度の小さいものとなるので、このよう
に平行光線Ｌによる近似によってシミュレートしても問
題がない。

【００８９】測定の結果、紙面３７ａとレンズ４３との
間の距離ａに対する光電変換素子４４の出力Ｖは、図６
に示したようになり、出力Ｖの変化ΔＶが０．１％未満
となる距離ａの範囲は、１ｍｍを超えることが認められ
た。上述したように、この発明の方法ないし装置によら
ない場合には、紙面の上下変動量が１ｍｍのとき、受光
出力の変化が１５％程度となるので、上記の具体例によ
って、２桁以上の大幅な高精度化を実現できることにな
る。

【００９０】図２のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介して紙面３７ａに照射する場合においても、同
様である。

【００９１】［光学測定方法および光学測定装置の他の
実施形態］（開口部または集光レンズを設ける場合）図１または図
２に示した例は、式（１７）で表される特定領域の位置
に直接、光電変換素子４４を配置する場合であるが、こ
の発明は、原理的に、上記の位置の特定領域に入射する
光のみをすべて光電変換素子４４で受光できればよいの
で、光電変換素子４４は、必ずしも特定領域の位置に配
置する必要はなく、特定領域の位置より後方に配置して
もよい。

【００９２】図１０または図１１は、このように光電変
換素子４４を特定領域の位置より後方に配置する場合の
一例で、後側焦点面４３ｂから距離ｄｘだけレンズ４３
に近い特定領域の位置に、特定領域の大きさの開口部４
５を設けて、この開口部４５を通過した光のみをすべ
て、開口部４５の後方に設けた光電変換素子４４で受光
する場合である。

【００９３】なお、図１０は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合であ
り、図１１は、光源４１からの光をレンズ４３を介して
紙面３７ａに照射する場合である。

【００９４】この例では、紙面３７ａで特定の角度範囲
内に反射して、後側焦点面４３ｂから距離ｄｘだけレン
ズ４３に近い位置の特定領域に入射する光のみがすべ
て、開口部４５を通過して光電変換素子４４で受光され
るので、光電変換素子４４からは、図１または図２の例
と同様に、紙面３７ａの上下変動に影響されない受光出
力を得ることができる。

【００９５】図１２または図１３は、図１０または図１
１の例の開口部４５の位置、すなわち後側焦点面４３ｂ
から距離ｄｘだけレンズ４３に近い特定領域の位置に、
特定領域の大きさの集光レンズ４６を設けて、この集光
レンズ４６で集光された光のみをすべて、集光レンズ４
６の後方に設けた光電変換素子４４で受光する場合であ
る。

【００９６】なお、図１２は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合であ
り、図１３は、光源４１からの光をレンズ４３を介して
紙面３７ａに照射する場合である。

【００９７】（画像の色を測定する場合）画像の色を測
定する場合には、一般的に、画像が形成された紙面に垂
直な方向に対して４５度の方向から光を照射して、０度
の方向で受光する方法、または逆に、０度の方向から光
を照射して、４５度の方向で受光する方法が採られる。

【００９８】そこで、この発明でも、測色を行う場合に
は、光源４１からの光を、レンズ４３の光軸４３ａに対
して４５°前後の角度で紙面３７ａに照射する。ただ
し、紙面３７ａの拡散方向の偏りが大きくなければ、４
５°前後に限る必要はない。

【００９９】図１などの例において、光源４１として
赤、緑または青の色光を発するものを用いることによっ
て、紙面３７ａ上に形成された、それぞれ赤、緑または
青の補色であるシアン、マゼンダまたはイエローの画像
の濃度を、光電変換素子４４の受光出力によって測定す
ることができる。また、ブラック（黒）の画像の濃度の
測定用には、上記の赤、緑または青の色光を発する光
源、または白色光を発する光源を用いることができる。

【０１００】このように、上述した例の光学測定装置に
おいて、光源４１として赤、緑または青の色光を発する
ものを用いて、紙面３７ａ上のシアン、マゼンダまたは
イエローの画像の濃度を測定した結果、紙面３７ａの上
下変動が１ｍｍ以上であっても、受光出力の変化を０．
１％以下に抑制することができた。これは、色差に関し
ては、濃度に応じて０．１以下から０．４程度までの判
別が可能なレベルに相当し、肉眼では判別不可能なレベ
ルの色差まで容易に判別可能となる。

【０１０１】さらに、赤、緑および青の色光を発する光
源などの複数の光源を設けて、これら複数の光源を順次
点灯させることによって、フルカラー画像の色を評価す
ることができる。

【０１０２】図１４は、この場合の例を示し、紙面３７
ａ上には、その進行方向に、それぞれ赤、緑、青の補色
であるシアン、マゼンダ、イエローのパッチ画像が形成
されるもので、光源４１として、それぞれ赤、緑、青の
色光を発する３つの光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを、例
えばレンズ４３の光軸方向からみて１２０度の角間隔で
配置する。

【０１０３】これら光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを、紙
面３７ａ上のシアン、マゼンダ、イエローの画像に同期
させて、光源切換器７１によって切り換え、光電変換素
子４４の受光出力を、増幅器６３を介してゲート回路７
２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂに供給し、これらゲート回路７２
Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂを、光源切換器７１からの切換信号
に同期させて、それぞれ光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが
点灯する期間においてゲートが開く状態にして、ゲート
回路７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂから、それぞれ光源４１
Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが点灯する期間における光電変換素
子４４の受光出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを取り出し、その受
光出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、図では省略した測定演算部
に供給する。

【０１０４】したがって、紙面３７ａ上のシアン、マゼ
ンダ、イエローの画像の濃度を、ゲート回路７２Ｒ，７
２Ｇ，７２Ｂの出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢによって測定する
ことができ、さらに、その出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを測定
演算部で総合的に計算することによって、フルカラー画
像の色を評価することができる。

【０１０５】紙面３７ａ上にブラックのパッチ画像も形
成される場合には、光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのいず
れかをブラックの画像の測定用に兼ねさせ、またはブラ
ックの画像の測定用に白色光を発する光源を追加すると
ともに、光電変換素子４４の受光出力からブラックの画
像の測定出力を取り出すゲート回路を追加すればよい。

【０１０６】図１５は、画像の色を測定する場合の他の
例を示す。この例では、用紙３７上には、矢印で示す搬
送方向に対して直交する左右方向に並べられて、シア
ン、マゼンダ、イエローおよびブラックのパッチ画像が
形成される。

【０１０７】そして、光学測定システムとして、それぞ
れ上述した光源４１として赤、緑、青および赤の色光を
発する光源を用いた、上述したレンズ４３および光電変
換素子４４を別個に有する４つの光学測定装置４０Ｒ，
４０Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒを、用紙３７の搬送方向に
対して直交する左右方向に並べて設け、それぞれの光学
測定装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒによっ
て、用紙３７上のシアン、マゼンダ、イエローおよびブ
ラックの画像の濃度を測定する。

【０１０８】したがって、光学測定装置４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒの測定出力を総合的に計算する
ことによって、フルカラー画像の色を評価することがで
きるとともに、その測定結果を画像形成装置の各工程に
フィードバックすることによって、画像形成装置におい
て高画質の画像を得ることが可能となる。

【０１０９】図１６は、画像の色を測定する場合のさら
に他の例を示す。この例では、図１４の例のように複数
の光源を設けて、これを切り換える代わりに、レンズ４
３と光電変換素子４４との間に色フィルタ４７を設け
て、これを色フィルタ交換手段４８によって、測定する
画像の色に応じて切り換える。

【０１１０】そして、図１４の例と同様に、色フィルタ
４７の切り換えに同期させて、光電変換素子４４の受光
出力を取り出すことによって、紙面３７ａ上に形成され
た各色の画像の濃度を測定することができ、さらに、そ
の測定出力を測定演算部で総合的に計算することによっ
て、フルカラー画像の色を評価することができる。

【０１１１】なお、色フィルタ４７は、光源４１と紙面
３７ａとの間、または紙面３７ａとレンズ４３との間に
設けてもよい。

【０１１２】また、図１０または図１１の例のように開
口部４５を設ける場合には、開口部４５と光電変換素子
４４との間に、図１２または図１３の例のように集光レ
ンズ４６を設ける場合には、集光レンズ４６と光電変換
素子４４との間に、色フィルタを設けてもよい。

【０１１３】図１７は、画像の色を測定する場合のさら
に他の例を示す。この例では、図１０または図１１の例
のように開口部４５を設ける場合に、その開口部４５の
位置に分光器４９を設けて、紙面３７ａからの反射光を
赤、緑、青の色光などに分離し、それぞれの色光を別個
の光電変換素子４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂにより受光する
ことによって、紙面３７ａ上に形成された各色の画像の
濃度を測定する。

【０１１４】なお、分光器４９は、開口部４５の位置で
はなく、開口部４５の後方に設けてもよい。さらに、図
１２または図１３の例のように集光レンズ４６を設ける
場合にも、その集光レンズ４６の後方に分光器を設け
て、同様に構成することができる。

【０１１５】（外乱光による影響の除去）上述した光学
測定装置においては、光源４１からの光以外の室内の照
明光などが、外乱光として光電変換素子４４に入射する
可能性がある。そこで、外乱光が光電変換素子４４に入
射しないように装置周辺を筐体で覆うことも考えられる
が、以下のように構成することによって、外乱光による
影響をより確実に除去することができる。

【０１１６】すなわち、図１８は、外乱光による影響を
除去する場合の例で、光源４１を一定周期で点滅させ、
その点滅周期に合わせて光電変換素子４４の受光出力を
取り出すことによって、外乱光による影響を除去するも
のである。

【０１１７】この例では、タイミング制御部６１から光
源４１の発光ドライブ回路６２に、一定周期でハイレベ
ルとローレベルを繰り返す発光タイミング信号ＴＧを供
給して、光源４１を、発光タイミング信号ＴＧのハイレ
ベル期間で発光させ、ローレベル期間では消灯状態とす
る。

【０１１８】そして、光電変換素子４４の受光出力を、
増幅器６３を通じて２つのサンプルホールド回路６４お
よび６５に供給し、サンプルホールド回路６４には、発
光タイミング信号ＴＧをサンプルホールド信号として供
給し、サンプルホールド回路６５には、発光タイミング
信号ＴＧを極性反転回路６７により極性反転させた信号
をサンプルホールド信号として供給する。

【０１１９】したがって、サンプルホールド回路６４で
は、発光タイミング信号ＴＧのハイレベル期間におい
て、光電変換素子４４の受光出力がサンプルホールドさ
れて、サンプルホールド回路６４からは、光源４１が発
光しているときの受光出力が得られるとともに、サンプ
ルホールド回路６５では、発光タイミング信号ＴＧのロ
ーレベル期間において、光電変換素子４４の受光出力が
サンプルホールドされて、サンプルホールド回路６５か
らは、光源４１が消灯しているときの受光出力が得られ
る。

【０１２０】光源４１が消灯しているときの受光出力
は、外乱光のみによる受光出力で、この外乱光による受
光成分は、サンプルホールド回路６４の出力にも含まれ
る。

【０１２１】そこで、サンプルホールド回路６４および
６５の出力を減算回路６８に供給して、両者の差を演算
する。その結果、減算回路６８からは、外乱光による受
光成分が除去された、光源４１からの光のみによる受光
出力が得られる。したがって、この減算回路６８の出力
から、外乱光の影響のない正確な測定結果を得ることが
できる。

【０１２２】なお、光源４１を点滅させる代わりに、光
源４１の発光強度を一定周期で変え、その強弱の周期に
合わせて光電変換素子４４の受光出力を取り出すように
してもよい。

【０１２３】〔その他の実施形態または実施例〕図１な
どに示した例は、１個の光源を用いる場合であるが、複
数の光源を設けて、それぞれの光源からの光を測定対象
物上の対応する照射領域に照射するようにしてもよい。
この場合、その複数の光源は、例えば、レンズの光軸を
中心とした等角間隔の位置に配置することができる。ま
た、それぞれの光源からの光を、レンズを介することな
く、または介して、測定対象物に照射することができ
る。レンズも、複数のレンズからなるレンズ系として構
成してもよい。

【０１２４】光電変換素子としても、複数の光電変換素
子を設けて、それぞれの受光出力を合計したものを取り
出すようにしてもよい。受光面積の大きい光電変換素子
を用いると、周波数応答特性として十分なものを得にく
いが、受光面積の小さい光電変換素子を複数用いて、そ
れらの受光出力を合計したものを取り出すことによっ
て、十分な周波数応答特性を確保し、かつ十分なレベル
の受光出力を得ることができるようになる。

【０１２５】光電変換素子を複数設ける代わりに、１個
の光電変換素子を複数の位置に移動させ、各位置での受
光出力を合計するようにしても、同様の作用効果が得ら
れる。

【０１２６】このように複数の光電変換素子を設け、ま
たは１個の光電変換素子を複数の位置に移動させる場
合、異なる位置の光電変換素子に入射する光は、測定対
象物からの反射光のうちの異なる角度範囲の光である。
そこで、異なる位置での光電変換素子の出力を別個に読
み取って、その分布を求めることによって、複数の反射
角度範囲への反射光の出力分布を得ることも可能であ
る。

【０１２７】なお、光源からの光がレンズを保持する部
材で反射し、その反射光が外乱光として光電変換素子に
入射する可能性がある場合には、それを阻止するため
に、レンズの前または後に絞りを設けることが望まし
い。

【０１２８】図１９に示した例は、画像形成装置の画像
出力部１００において、定着器３６による定着後の位置
で、光学測定装置４０により画像を測定する場合である
が、転写器３５による転写と定着器３６による定着との
間の位置などで、光学測定装置４０により画像を測定す
るようにしてもよい。

【０１２９】また、図１９および図２０の例は、電子写
真方式の画像形成装置の場合であるが、この発明の光学
測定装置による画像の測定、およびその測定出力に基づ
く画質の制御は、インクジェット方式、感熱フィルム方
式などの他の方式の画像形成装置にも適用することがで
きる。

【０１３０】さらに、画像を形成する工程を含まず、画
像が形成された用紙などを搬送する装置において、その
搬送中に、用紙などに形成された画像を測定する場合に
も適用することができ、画像形成装置に適用した場合と
同様に高精度の測定が可能となる。

【０１３１】また、測定対象物は、上述した例のような
用紙でなくてもよい。さらに、平坦なものではなく、凹
凸を有する形状のものでも、上述した式（１６）の条件
を満たしていれば、反射領域の特性を正確に測定するこ
とができる。したがって、この発明は、画像の測定だけ
ではなく、測定対象物の種々の特性を測定する場合に広
く適用することができる。

【０１３２】また、上述したように複数の光電変換素子
を設ける場合には、測定対象物からの反射光の反射角度
分布を求めることができるので、測定対象物の表面性を
評価することも可能になる。

【０１３３】

【発明の効果】上述したように、この発明の光学測定方
法または光学測定装置によれば、収差のある一般的なレ
ンズを用いる場合において、用紙などの測定対象物のレ
ンズ光軸方向の変動に影響されない高精度の測定を行う
ことができる。

【０１３４】また特に、特定の制限条件を満たす反射領
域を設定することによって、紙面の上下変動などの、測
定対象物のレンズ光軸方向の変動による測定出力の変化
をゼロにすることができ、非常に高精度の測定が可能と
なる。

【０１３５】さらに、光学測定装置を小型かつ低コスト
にすることができ、カラープリンタなどの画像形成装置
において、装置の大きさおよびコストを増加させずに、
オンライン測定によるフィードバック制御によって、出
力する画像の画質を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学測定装置の一例を示す図であ
る。

【図２】この発明の光学測定装置の他の例を示す図であ
る。

【図３】この発明の光学測定方法での特定領域の設定位
置を示す図である。

【図４】先願の発明の光学測定方法による場合の特性を
示す図である。

【図５】収差のある一般的なレンズの後側焦点面に光電
変換素子を配置した場合の特性を示す図である。

【図６】この発明の光学測定方法による場合の特性を示
す図である。

【図７】収差のある一般的なレンズの後側焦点面からレ
ンズに大きく近づけた位置に光電変換素子を配置した場
合の特性を示す図である。

【図８】特定領域の位置と紙面変動許容量との関係を示
す図である。

【図９】特定領域の位置を算出する方法の例を示す図で
ある。

【図１０】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１１】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１２】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１３】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１４】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１５】この発明の光学測定システムの一例を示す図
である。

【図１６】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１７】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１８】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１９】この発明の光学測定装置を用いた画像形成装
置の一例を示す図である。

【図２０】図１９の画像形成装置の画質を制御する部分
を示す図である。

【図２１】先願の発明の光学測定方法の原理を説明する
ための図である。

【図２２】先願の発明の光学測定方法での制限条件を説
明するための図である。

【図２３】先願の発明の光学測定方法での制限条件を説
明するための図である。

【図２４】従来の光学測定装置の一例を示す図である。

【図２５】従来の光学測定装置の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３１レーザ出力部３２感光体３７用紙（測定対象物）３７ａ紙面（非測定面）４０光学測定装置４１光源４２反射領域４３レンズ４３ａ光軸４３ｂ後側焦点面４４光電変換素子４５開口部４６集光レンズ４７色フィルタ４９分光器５０画像制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤久夫神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに相対位置が一定となるように設置し
た光源、レンズおよび光電変換素子を用い、前記光源か
らの光を測定対象物に照射し、この測定対象物からの反
射光を前記レンズを介して前記光電変換素子で受光し、
この光電変換素子の受光出力から、前記測定対象物に関
する特性を測定する方法において、前記レンズの光軸上における、前記レンズの前記光電変
換素子側の焦点面と前記レンズ面との間の距離をｆｃと
したとき、前記レンズの光軸上において、前記焦点面か
ら前記レンズに向けて、ｆｃ×０．１以上、ｆｃ×０．
４以下の範囲内の位置の、前記レンズの光軸に垂直な平
面内における、前記レンズの正射影の範囲内に、前記測
定対象物で反射して前記レンズを通過した光のうちの任
意の一部の領域である特定領域を設定して、この特定領
域を通過する光のみをすべて前記光電変換素子で受光
し、この光電変換素子が受光した総光量を、この光電変
換素子の出力とすることを特徴とする光学測定方法。
【請求項２】請求項１の光学測定方法において、前記レンズは球面を用いたレンズであることを特徴とす
る光学測定方法。
【請求項３】請求項１または２の光学測定方法におい
て、前記光電変換素子は、前記特定領域の位置に配置し、か
つ前記特定領域の面積を受光面積とすることを特徴とす
る光学測定方法。
【請求項４】請求項１または２の光学測定方法におい
て、前記特定領域を開口部とし、前記光電変換素子は、この
開口部を通過する光のみをすべて受光するものとするこ
とを特徴とする光学測定方法。
【請求項５】請求項１または２の光学測定方法におい
て、前記特定領域の位置に、この特定領域を通過する光のみ
をすべて前記光電変換素子に入射させる集光レンズを配
置することを特徴とする光学測定方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかの光学測定方法に
おいて、前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
域の大きさを、Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆの条件の範囲内に設定することを特徴とする光学測定方
法。ただし、Ａは前記レンズの端と前記レンズの光軸と
の間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領域の端と前
記光軸との間の距離、Ｃは前記レンズと前記反射領域と
の間の距離、Ｄは前記特定領域の端と前記光軸との間の
距離、ｆは前記レンズの焦点距離である。
【請求項７】測定対象物に対して光を照射する光源と、
この光源からの光の入射方向とは異なる方向を光軸と
し、前記測定対象物からの反射光の一部が入射するレン
ズと、このレンズを通過した反射光のうちの、その受光
領域により定まる光のみをすべて受光するように設置さ
れ、その受光した総光量を、その出力とする光電変換素
子とを備え、その光電変換素子は、前記レンズの光軸上における、前
記レンズの当該光電変換素子側の焦点面と前記レンズ面
との間の距離をｆｃとしたとき、前記レンズの光軸上に
おいて、前記焦点面から前記レンズに向けて、ｆｃ×
０．１以上、ｆｃ×０．４以下の範囲内の位置の、前記
レンズの光軸に垂直な平面内における、前記レンズの正
射影の範囲内に、その受光領域が配置され、前記光源、前記レンズおよび前記光電変換素子は、互い
に相対位置が一定となるように設置され、前記測定対象
物は、前記光源、前記レンズおよび前記光電変換素子に
対する相対位置が、少なくとも前記レンズの光軸方向に
変化するものであり、前記光電変換素子の出力から、前
記測定対象物に関する特性を測定することを特徴とする
光学測定装置。
【請求項８】請求項７の光学測定装置において、前記レンズは球面を用いたレンズであることを特徴とす
る光学測定装置。
【請求項９】請求項７または８の光学測定装置におい
て、前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
域の大きさが、Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆの条件の範囲内に設定されたことを特徴とする光学測定
装置。ただし、Ａは前記レンズの端と前記レンズの光軸
との間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領域の端と
前記光軸との間の距離、Ｃは前記レンズと前記反射領域
との間の距離、Ｄは前記受光領域の端と前記光軸との間
の距離、ｆは前記レンズの焦点距離である。
【請求項１０】測定対象物に対して光を照射する光源
と、この光源からの光の入射方向とは異なる方向を光軸
とし、前記測定対象物からの反射光の一部が入射する第
１レンズと、この第１レンズを通過した反射光のうち
の、その透過領域により定まる光のみをすべて透過させ
るように設置された第２レンズまたは開口部と、この第
２レンズまたは開口部を透過した光を受光し、その受光
した総光量を、その出力とする光電変換素子とを備え、前記第２レンズまたは開口部は、前記第１レンズの光軸
上における、前記第１レンズの前記光電変換素子側の焦
点面と前記第１レンズ面との間の距離をｆｃとしたと
き、前記第１レンズの光軸上において、前記焦点面から
前記第１レンズに向けて、ｆｃ×０．１以上、ｆｃ×
０．４以下の範囲内の位置の、前記第１レンズの光軸に
垂直な平面内における、前記第１レンズの正射影の範囲
内に、その透過領域が配置され、前記光源、前記第１レンズ、前記第２レンズまたは開口
部、および前記光電変換素子は、互いに相対位置が一定
となるように設置され、前記測定対象物は、前記光源、
前記第１レンズ、前記第２レンズまたは開口部、および
前記光電変換素子に対する相対位置が、少なくとも前記
第１レンズの光軸方向に変化するものであり、前記光電
変換素子の出力から、前記測定対象物に関する特性を測
定することを特徴とする光学測定装置。
【請求項１１】請求項１０の光学測定装置において、前記レンズは球面を用いたレンズであることを特徴とす
る光学測定装置。
【請求項１２】請求項１０または１１の光学測定装置に
おいて、前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
域の大きさが、Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆの条件の範囲内に設定されたことを特徴とする光学測定
装置。ただし、Ａは前記第１レンズの端と前記第１レン
ズの光軸との間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領
域の端と前記光軸との間の距離、Ｃは前記第１レンズと
前記反射領域との間の距離、Ｄは前記透過領域の端と前
記光軸との間の距離、ｆは前記第１レンズの焦点距離で
ある。
【請求項１３】請求項７〜１２のいずれかの光学測定装
置において、点滅させて発光させるように、または発光強度に強弱を
つけて発光させるように前記光源を制御する手段と、前
記光電変換素子の受光出力を、前記光源の点滅または発
光強度の強弱に同期させて取り出す手段とを設けたこと
を特徴とする光学測定装置。
【請求項１４】請求項７〜１３のいずれかの光学測定装
置において、前記受光領域または前記透過領域が位置すべき範囲内に
おいて、前記光電変換素子または前記第２レンズもしく
は開口部を、複数の位置に設置し、または複数の位置に
移動させ、その複数の位置での受光出力の合計から、前
記測定対象物に関する特性を測定することを特徴とする
光学測定装置。
【請求項１５】請求項７〜１４のいずれかの光学測定装
置において、前記光源から前記光電変換素子までの光路中に光学フィ
ルタを設けて、前記光電変換素子の受光出力から、前記
測定対象物の色を測定することを特徴とする光学測定装
置。
【請求項１６】請求項７〜１４のいずれかの光学測定装
置において、前記光源として、発光する光の波長が異なる複数の光源
を設けるとともに、この複数の光源からの光の前記測定
対象物からの反射光の前記光電変換素子による受光出力
を、それぞれの光源ごとに分離して得る手段を設けて、
前記測定対象物の色を測定することを特徴とする光学測
定装置。
【請求項１７】請求項１０〜１２のいずれかの光学測定
装置において、前記第２レンズまたは開口部に到達する光を分光器によ
り検出して、前記測定対象物の色を測定することを特徴
とする光学測定装置。
【請求項１８】請求項７〜１４のいずれかの光学測定装
置を一つの測定対象物に対して複数設けるとともに、そ
の複数の光学測定装置の前記光源の発光波長を互いに異
なるものとし、その複数の光学測定装置の前記光電変換
素子の受光出力から、前記測定対象物の色を測定するこ
とを特徴とする光学測定システム。
【請求項１９】画像形成手段により画像が形成された画
像形成媒体を前記測定対象物として、この画像形成媒体
の搬送路中に、請求項７〜１７のいずれかの光学測定装
置または請求項１８の光学測定システムが設置されると
ともに、その光学測定装置または光学測定システムの測定結果に
基づいて、画像形成媒体に形成される画像の画質を制御
する制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。